EP0091356A1 - Procédé de récupération d'énergie dans un générateur de puissance, et générateur de puissance pour la mise en oeuvre dudit procédé - Google Patents

Procédé de récupération d'énergie dans un générateur de puissance, et générateur de puissance pour la mise en oeuvre dudit procédé Download PDF

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EP0091356A1
EP0091356A1 EP83400641A EP83400641A EP0091356A1 EP 0091356 A1 EP0091356 A1 EP 0091356A1 EP 83400641 A EP83400641 A EP 83400641A EP 83400641 A EP83400641 A EP 83400641A EP 0091356 A1 EP0091356 A1 EP 0091356A1
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the subject of the present invention is a method of recovering energy in a power generator system of the type comprising an internal combustion engine, in particular a diesel engine, a charge air compressor connected, downstream, to the intake manifold. of the engine and coupled to an exhaust gas turbine connected upstream to the engine exhaust manifold.
  • a power generator suitable for implementing the method according to the invention.
  • the aim of the present invention is to solve the aforementioned drawbacks by proposing an energy recovery method in a power generator system comprising an internal combustion engine, in particular a diesel engine, a charge air compressor connected downstream, to the engine intake manifold and coupled to an exhaust gas turbine connected upstream, to the engine exhaust manifold, a flow derived from compressed air being taken between the compressor and the engine out of the total flow of compressed air discharged by said compressor, and added to the exhaust gases before the gas outlet from said turbine, characterized in that the gases leaving said turbine act as heating fluid in a steam generator of auxiliary fluid connected, downstream, to an auxiliary steam turbine, the auxiliary fluid vapor thus produced heating the flow derived from compressed air before it enters said auxiliary steam turbine.
  • the auxiliary fluid vapor heats the flow derived from compressed air before it enters the auxiliary steam turbine, while at high engine loads , the auxiliary fluid vapor only feeds the turbine auxiliary steam; the limit between low loads and heavy loads of the engine being for example equal to 50% of the maximum load of the engine.
  • the present invention also relates to a power generator, for implementing the aforementioned method, of the type comprising an internal combustion engine, in particular a diesel engine; a charge air compressor connected, downstream, to the engine intake manifold and coupled to an exhaust gas turbine connected, upstream, to the engine exhaust manifold, a bypass duct connecting the discharge of compressed air from the compressor to the exhaust gas flow path; and an energy recovery device, characterized in that said device comprises an auxiliary fluid vapor generator connected, upstream on the heating fluid side, to the gas outlet of the turbine and, downstream, heated fluid side to a turbine with auxiliary steam, and a heat exchanger through which said bypass duct and inserted in the auxiliary steam duct connecting the outlet of said auxiliary steam generator to the inlet of said auxiliary steam turbine.
  • a bypass duct is connected to the aforementioned auxiliary steam duct upstream and downstream of the aforementioned heat exchanger, a three-way valve being provided at the upstream end of said duct derivation.
  • the power generator shown in this single figure comprises an internal combustion engine 1, in particular a diesel engine, for example with six cylinders 2, a supercharging air compressor 3 connected, downstream, to the engine intake manifold 4 and coupled, by a shaft 10, to an exhaust gas turbine 5 connected upstream, to the engine exhaust manifold 6.
  • a bypass duct 7 connects the compressed air delivery pipe 8 from the compressor 3 to the exhaust gas flow path 9.
  • the bypass duct 7 is preferably connected upstream of a refrigerant 23 of the compressed air.
  • the energy recovery device 11 comprises a generator 13 of auxiliary fluid vapor (for example water) connected upstream on the heating fluid side, to the gas outlet of the turbine by a conduit 14, and , downstream, heated fluid side ,. to an auxiliary steam turbine 15 by a pipe 16.
  • the steam generator 13 consists for example of a fluid balloon 17 connected for the supply of liquid, to a boiler 18 by a pipe 20 where is preferably inserted a pump 19, a return line 25 being provided to return the vapor to the balloon 17; while another pipe 21 brings the steam from the balloon 17 to the pipe 16 re2Lant the steam generator to the auxiliary steam turbine 15 preferably passing through the boiler 18.
  • the energy recovery device 11 further comprises a heat exchanger 12 crossed by the bypass duct 7 and interposed in the auxiliary steam duct 16 connecting the outlet of the auxiliary steam generator 13 to the inlet of the auxiliary steam turbine 15.
  • a bypass conduit 22 to the auxiliary steam conduit 16, upstream and downstream of the heat exchanger 12, and provide a two-way valve 24 at the upstream end of the bypass conduit 22 so opening said bypass duct by closing the main duct passing through the heat exchanger 12, and vice versa.
  • the auxiliary fluid vapor heats the flow derived from compressed air before it enters the auxiliary steam turbine 15 (the bypass duct 22 is then closed) while at with heavy engine loads, the auxiliary fluid vapor only feeds the auxiliary steam turbine 15 (the bypass duct 22 is then open, while the priicipal duct passing through the heat exchanger 12 is closed).
  • the limit between low and high loads engine is for example equal to 50% of the maximum engine load.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de récupération dans un système générateur de puissance. Le générateur de puissance, selon l'invention comprend un moteur à combustion interne (1), un compresseur (3) d'air de suralimentation couplé à une turbine (5) à gaz d'échappement, un conduit de dérivation (7) reliant la conduite (8) de refoulement d'air comprimé à la voie d'écoulement (9) des gaz d'échappement; et est caractérisé par un dispositif (11) de récupération d'énergie comprenant un générateur (13) de vapeur auxiliaire relié, à la sortie de gaz de la turbine, et à une turbine à vapeur auxiliaire (15), et un échangeur de chaleur (12) traversé par ledit conduit de dérivation (7) et intercalé dans le conduit (16) de vapeur auxiliaire. La présente invention s'applique notamment à la récupération d'énergie dans les moteurs à combustion interne.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de récupération d'énergie dans un système générateur de puissance du type comprenant un moteur à combustion interne, notamment un moteur diesel, un compresseur d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur d'admission du moteur et couplé à une turbine à gaz d'échappement reliée, en amont au collecteur d'échappement du moteur. La présente invention se rapporte également à un générateur de puissance adapté pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
  • Dans un système générateur de puissance du type indiqué ci-dessus, on peut utiliser, pour récupérer la chaleur perdue, un générateur de vapeur de fluide auxiliaire chauffé par les gaz d'échappement de la turbine d'entral- nement du compresseur d'air de suralimentation, du moteur, ce générateur étant utilisé notamment aux fortes charges du moteur.
  • Dans un système du même type dans lequel en outre un débit dérivé d'air comprimé est prélevé entre le compresseur et le moteur sur le débit total d'air comprimé refoulé par le compresseur et est ajouté aux gaz d'échappement avant la sortie des gaz de la turbine, on peut utiliser un réchauffeur du débit dérivé d'air comprimé chauffé directement par les gaz d'échappement de la turbine, ce réchauffeur étant utilisé notamment aux faibles charges du moteur.
  • Ce dernier système présente néanmoins l'inconvénient d'introduire une perte de charge dans le circuit d'échappement du moteur, ce qui est préjudiciable aux performances de celui-ci et en particulier à son rendement. D'autre part, cette disposition rend difficile, sinon impossible, l'utilisation du générateur de vapeur auxiliaire classique du fait qu'une grande partie de l'énergie des gaz est consommée dans le réchauffeur d'air comprimé.
  • La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients précités en proposant un procédé de récupération d'énergie dans un système générateur de puissance comprenant un moteur à combustion interne, notamment un moteur diesel,un compresseur d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur d'admission du moteur et couplé à une turbine à gaz d'échappement reliée en amont, au collecteur d'échappement du moteur, un débit dérivé d'air comprimé étant prélevé entre le compresseur et le moteur sur le débit total d'air comprimé refoulé par ledit compresseur, et ajouté aux gaz d'échappement avant la sortie de gaz de ladite turbine, caractérisé en ce que les gaz sortant de ladite turbine jouent le rôle de fluide chauffant dans un générateur de vapeur de fluide auxiliaire relié, en aval, à une turbine à vapeur auxiliaire, la vapeur de fluide auxiliaire ainsi produite réchauffant le débit dérivé d'air comprimé avant qu'elle n'entre dans ladite turbine à vapeur auxiliaire.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, aux faibles charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire réchauffe le débit dérivé d'air comprimé avant qu'elle n'entre dans la turbine à vapeur auxiliaire, tandis qu'aux fortes charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire alimente uniquement la turbine à vapeur auxiliaire ; la limite entre faibles charges et fortes charges du moteur étant par exemple égale à 50 % de la charge maximale du moteur.
  • La présente invention a également pour objet un générateur de puissance, pour la mise en oeuvre du procédé précité, du type comprenant un moteur à combustion interne, notamment un moteur diesel ; un compresseur d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur d'admission du moteur et couplé à une turbine à gaz d'échappement reliée, en amont, au collecteur d'échappement du moteur, un conduit de dérivation reliant la conduite de refoulement d'air comprimé du compresseur à la voie d'écoulement des gaz d'échappement ; et un dispositif de récupération d'énergie, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un générateur de vapeur de fluide auxiliaire relié, en amont côté fluide chauffant, à la sortie de gaz de la turbine et, en aval, côté fluide chauffé à une turbine à vapeur auxiliaire, et un échangeur de chaleur traversé par ledit conduit de dérivation et intercalé dans le conduit de vapeur auxiliaire reliant la sortie dudit générateur de vapeur auxiliaire à l'entrée de ladite turbine à vapeur auxiliaire.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, un conduit de dérivation est branché sur le conduit de vapeur auxiliaire précité en amont et en aval de l'échangeur de chaleur précité, une vanne à trois voies étant prévue à l'extrémité amont dudit conduit de dérivation.
  • L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en se référant au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple non limitatif dans lequel la figure unique représente un diagramme synoptique fonctionnel d'un mode de réalisation spécifique actuellement préféré de l'invention.
  • Le générateur de puissance représenté sur cette figure unique comprend un moteur à combustion interne 1, notamment un moteur diesel par exemple à six cylindres 2, un compresseur 3 d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur 4 d'admission du moteur et couplé, par un arbre 10, à une turbine 5 à gaz d'échappement reliée en amont, au collecteur 6 d'échappement du moteur. Un conduit de dérivation 7 relie la conduite 8 de refoulement d'air comprimé du compresseur 3 à la voie d'écoulement 9 des gaz d'échappement. Le conduit de dérivation 7 est de préférence branché en amont d'un réfrigérant 23 de l'air comprimé.
  • Le dispositif 11 de récupération d'énergie selon l'invention comprend un générateur 13 de vapeur de fluide auxiliaire (par exemple de l'eau) relié en amont côté fluide chauffant, à la sortie de gaz de la turbine par un conduit 14, et, en aval, côté fluide chauffé,. à une turbine à vapeur auxiliaire 15 par un conduit 16. Le générateur 13 de vapeur est constitué par exemple d'un ballon de fluide 17 relié pour l'alimentation en liquide, à une chaudière 18 par une conduite 20 où est de préférence intercalée une pompe 19, une conduite de retour 25 étant prévue pour ramener la vapeur au ballon 17; tandis qu'une autre conduite 21 amène la vapeur du ballon 17 au conduit 16 re2Lant le générateur de vapeur à la turbine à vapeur auxiliaire 15 en passant de préférence dans la chaudière 18.
  • Le dispositif 11 de récupération d'énergie selon l'invention comprend de plus un échangeur de chaleur 12 traversé par le conduit de dérivation 7 et intercalé dans le conduit 16 de vapeur auxiliaire reliant la sortie du générateur 13 de vapeur auxiliaire à l'entrée de la turbine à vapeur auxiliaire 15.
  • Ainsi, dans un système générateur de puissance de ce type dans lequel un débit dérivé d'air comprimé est prélevé entre le compresseur 3 et le moteur 1 sur le débit total d'air comprimé refoulé par ledit compresseur, et ajouté aux gaz d'échappement avant la sortie des gaz de la turbine 5, les gaz sortant de la turbine 5 jouent le rôle de fluide chauffant dans le générateur 13 de vapeur de fluide auxiliaire relié, en aval, à la turbine à vapeur auxiliaire 15. La vapeur de fluide auxiliaire ainsi produite réchauffe le débit dérivé d'air comprimé avant que cette vapeur n'entre dans la turbine à vapeur auxiliaire 15.
  • On peut avantageusement brancher un conduit de dérivation 22 sur le conduit 16 de vapeur auxiliaire, en amont et en aval de l'échangeur de chaleur 12, et prévoir une vanne à deux voies 24 à l'extrémité amont du conduit de dérivation 22 de façon à ouvrir ledit conduit de dérivation en fermant le conduit principal traversant l'échangeur de chaleur 12, et réciproquement. Ainsi, aux faibles charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire réchauffe le débit dérivé d'air comprimé avant que celle-ci n'entre dans la turbine à vapeur auxiliaire 15 ( le conduit de dérivation 22 est alors fermé) tandis qu'aux fortes charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire alimente uniquement la turbine à vapeur auxiliaire 15 (le conduit de dérivation 22 est alors ouvert, tandis que le conduit priicipal traversant l'échangeur de chaleur 12 est fermé). La limite entre faibles charges et fortes charges du moteur est par exemple égale à 50 % de la charge maximale du moteur.

Claims (5)

1. Procédé de récupération d'énergie dans un système générateur de puissance comprenant un moteur à combustion interne, notamment un moteur diesel, un compresseur d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur d'admission du moteur et couplé à une turbine à gaz d'échappement relié, en amont, au collecteur d'échappement du moteur; un débit dérivé d'air comprimé étant prélevé entre le compresseur et le moteur sur le débit total d'air comprimé refoulé par ledit compresseur et ajouté aux gaz d'échappement avant la sortie des gaz de ladite turbine, caractérisé en ce que les gaz sortant de ladite turbine jouent le rôle de fluide chauffant dans un générateur de fluide auxiliaire relié, en aval, à une turbine à vapeur auxiliaire, la vapeur de fluide auxiliaire ainsi produite réchauffant le débit dérivé d'air comprimé avant qu'elle n'entre dans ladite turbine à vapeur auxiliaire.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'aux faibles charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire réchauffe le débit dérivé d'air comprimé avant qu'elle n'entre dans la turbine à vapeur auxiliaire, et en ce que qu'aux fortes charges du moteur, la vapeur de fluide auxiliaire alimente uniquement ladite turbine à vapeur auxiliaire.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la limite entre faibles charges et fortes charges du moteur est par exemple égale à 50 % de la charge maximale du moteur.
4. Générateur de puissance, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3,du type comprenant un moteur à combustion interne (1), notamment un moteur diesel; un compresseur (3) d'air de suralimentation relié, en aval, au collecteur (4) d'admission du moteur et couplé à une turbine (5) à. gaz d'échappement relié, en amont,au collecteur (6) d'échappement du moteur, un conduit de dérivation (7) reliant la conduite (8) de refoulement d'air comprimé du compresseur (3) à la voie d'écoulement (9) des gaz d'échappement; et un dispositif (11) de récupération d'énergie, caractérisé en ce que ledit dispositif (11) de récupération d'énergie comprend un générateur (13) de vapeur de fluide auxiliaire relié, en amont côté fluide chauffant,à la sortie de gaz de la turbine, et en aval côté fluide chauffé, à une turbine à vapeur auxiliaire (15), et un échangeur de chaleur (12) traversé par ledit conduit de dérivation (7) et intercalé dans le conduit (16) de vapeur auxiliaire reliant la sortie dudit générateur (13) de vapeur auxiliaire à l'entrée de ladite turbine à vapeur auxiliaire (15).
5. Générateur de puissance selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un conduit de dérivation (22) est branché sur le conduit (16) de vapeur auxiliaire précité en amont et en aval de l'échangeur de chaleur (12)' précité, une vanne à trois voies (24) étant prévue à l'extrémité amont dudit conduit de dérivation (22).
EP83400641A 1982-04-02 1983-03-28 Procédé de récupération d'énergie dans un générateur de puissance, et générateur de puissance pour la mise en oeuvre dudit procédé Expired EP0091356B1 (fr)

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